探讨有源滤波在企业供电谐波治理中的应用

庄稼

摘要：供电的波幅、频率、波形畸变等因素都会对电网质量产生直接影响，其中，发电厂控制供电的波幅和频率，而用电设备和负载则会对电流和电压波形的畸变产生影响。在企业生产过程中，使用的多为非线性负载，比如变频调速设备、整流器、不间断电源等，这些负载的电流波形与电网的正弦电压波形不一致，所以会产生畸变。由此可知，供电谐波会对供电质量产生不利影响，现针对应用有源滤波设备治理企业供电谐波的技术进行探讨。

关键词：有源滤波；供电；谐波治理；畸变

中图分类号：TN713+.8文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0055－02

某企业对轧钢生产线传统系统进行改造，其中，辅传动部分增加了100多个辊道电机，更换了容量更大的变频器。在后续生产过程中，启动辊道供电系统中的大变频器时，会有几台小容量变频器发生过压烧毁的事故，给正常的生产造成严重的影响。

1电力谐波的危害

经过相关调查、研究和理论分析可知，谐波对电网系统的危害主要体现在以下几个方面：①谐波会导致公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，会对发电、输电和用电设备的工作效率产生不利影响，且中性线上的三次谐波还会导致线路过热，严重的可引发火灾。②谐波会对线路中各种电器设备的正常工作产生影响，引起电机的附加损耗，使其产生机械振动、噪声和过电现象，导致变压器局部过热。同时，谐波还会使电容器、电缆等设备出现过热、绝缘老化等现象，缩短其使用寿命。③谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振，放大谐波会导致继电保护装置和自动装置出现误动作，影响电器测量仪表计量的准确性。④谐波还会干扰附近的通讯系统，轻则产生噪声影响通讯质量，严重时还可能会使通讯数据丢失，影响通讯系统的正常工作。

某企业轧钢生产线系统辅传动部分经过电能质量检测，发现其存在大量的谐波电流。启动大变频器时，会产生非常大的负荷冲击电流，且伴随非常大的谐波电流冲击。该谐波电流冲击会直接损坏耐压低的小变频器。

2有源滤波器治疗谐波的原理

通常情况下，谐波治理的方法是改造产生谐波的装置，消除或减少谐波的影响，并提高功率因素。过去常用无源滤波装置抑制谐波，其采用电感、电容的调谐原理，把谐波陷落滤波器中，减少对电网的注入。无源滤波设置有着结构简单、成本低的优势，但也存在诸多缺陷，比如仅能消除特定的几次谐波，却会放大某次谐波；无法实现滤波、无功补偿、调压等之间的协调；采用机械式的投切方法，且设备体积大、响应速度慢；系统参数会对其滤波特性产生直接影响，易与其他滤波支路发生串、并联谐振等。而有源电力滤波器就属于谐波补偿装置的一种，其由电力电子元件组成，实际上是一个大容量的谐波电流发生装置。

有源滤波器的设计思路就是从补偿对象中检测出谐波电流，补偿装置再产生一个补偿电流，该电流与谐波电流大小相等，但极性相反，因此，电网电流只含基波分量。有源滤波器可以跟踪、补偿频率和幅值发生畸变的谐波，且电网阻抗不会对补偿特性产生影响，所以，有源滤波不仅可以在频域中处理非正弦周期电流，还可以在时域中对非正弦周期电流进行处理。其基本工作原理就是先对补偿对象的电压和电流进行检测，指令电流运算电路将补偿电流的指令信号计算出来，补偿电流发生电路将该信号放大后即产生补偿电流。补偿电流和负载电流中需要补偿的谐波、无功电流等互相抵消，最终得到期望的电源电流。有源电力滤波器原理图如图1所示。

图1有源电力滤波器系统构成原理图

3有源滤波器的连接方式

在一般情况下，有源滤波器的连接方式包括两种，即串联和并联。两者相比，串联的灵活性较差，损耗也相对较大，且容易像无源滤波一样出现过载现象。此外，采用串联的连接方式，一旦有源滤波器发生质量问题，就会对整条线路的供电产生直接影响，从而对供电可靠性产生影响。而采用并联的方式不仅灵活性好，可以与配电系统任意位置进行连接，实现局部补偿、部分补偿或总补偿，而且还具有较好的扩容性和安全性。当非线性负载增大时，可以直接并联扩容，简单、方便，从而实现对负荷的连续、安全供电。由此可见，选择有源滤波连接方式时，将并联作为首选。

4企业供电谐波改造效益分析

某企业对轧钢生产线传统系统进行改造，其改造效益体现在以下几方面：①交流电源供电质量得到大幅改善，电网和电气设备受到的冲击也大大减少。②有源滤波设备具有高度可控性和快速响应性的特点，可以实现各次谐波的有效补偿，且具备抑制闪变、补偿无功、节能降耗的特点。该企业中设置PQFM滤波器滤除3次、5次、7次、11次、13次、17次、19次谐波，滤波器的滤波效率大于95%.③有源滤波节能设备不仅可以解决谐波问题，而且还具备动态调整功率因素的功能，将负载的总电流控制在最低范围内，多余做功被消除，至少可节省5%的电能。对谐波污染的治理不仅可以满足电力部门的相关要求，并且企业内部各个配电室中无功补偿控制柜内的电容、交流接触器、断路器等电气元件、其他配电柜的电气元件等均可在一定程度上得到保护，至少可延长1.5倍的使用寿命，同时，还能降低日常设备维护成本。针对配电系统，采用有源滤波装置进行谐波治理，其效果可以满足国家标准THD≤5%的水平。

参考文献［1］肖湘宁.电力系统谐波及其综合治理［J］.中国电力，2009（2）.［2］肖健华.电力系统谐波动态抑制技术的发展与展望［J］.五邑大学学报（自然科学版），2010（1）.［3］王兆安.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展［J］.电力电子技术，2010，2（1）.［4］王兆安，杨君，刘近军.谐波抑制和无功功率补偿［M］.北京：机械工业出版社，2008.〔编辑：白洁〕Discussion of Active Harmonic Filtering Applications in the Enterprise Governance of SupplyZhuang JiaAbstract: The power factor amplitude, frequency, waveform distortion, and this will have a direct impact on the quality of the grid, where power plants amplitude and frequency control, and electrical equipment and load it will have an impact on the current and voltage waveform distortion. In the production process, the use of multi-linear loads, such as frequency control devices, rectifiers, uninterruptible power supply, this sinusoidal waveform of the voltage waveform of the load current is inconsistent with the grid, it will produce distortion. It can be seen, the quality of power supply harmonics will adversely affect existing applications to explore for active filtering device management enterprise supply harmonic techniques. Key words: active filter; supply; harmonic control; distortion